CC BY
2УДК 624.131.434
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПУЧИНИСТЫХ СВОЙСТВ УПЛОТНЕННЫХ ГРУНТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПЛОТНОСТИ ИХ СКЕЛЕТА
Б.М. Черепанов, О.Л. Моисеева
В работе представлены результаты исследования уплотненных лессовых грунтов с обзором результатов ранее выполненных экспериментов. Изложены цель и задачи исследования. Выбрано направление для дальнейших экспериментов.
Ключевые слова: лессовые грунты, морозное пучение, физико-механические свойства лессового грунта.
ВВЕДЕНИЕ
Пучинистые свойства грунтов проявляются при разных инженерно-геологических условиях площадки строительства по-разному. Наиболее сложными и изменчивыми свойствами обладают лессовые проса-дочные грунты, расположенные на территории Алтайского края и в частности г. Барнаула. Морозное пучение в таких грунтах приводит к необратимым деформациям и потере несущей способности основания. Поэтому, строительство на структурно-неустойчивых грунтах связано с большими трудозатратами.
Достигнуть устранения пучинистых свойств и повышения прочности грунтового основания можно с помощью закрепления или динамического уплотнения. Одним из простейших и экономичных методов уплотнения является поверхностное уплотнение грунтов трамбовками различного веса.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Анализ литературных источников показывает, что до настоящего времени не до конца изучены процессы, происходящие в грунте при его уплотнении, а также влияние действия сил морозного пучения на устойчивость и надежность уплотненных лессовых грунтов.
Целью данных исследований является разработка региональной таблицы прочностных и деформационных характеристик уплотненных лессовых грунтов в зависимости от степени пучинистости. Таблица будет иметь большую практическую значимость и существенно сократит трудовые и материальные затраты на этапах проектирования и строительства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- накопить материалы для исследования (изучить ранее выполненные исследования уплотненных лессовых просадочных грунтов, произвести отбор образцов грунта);
- изучить существующее лабораторное оборудование, необходимое при исследовании грунта;
- сопоставить полученные результаты лабораторных исследований с результатами испытаний, выполненных на экспериментальной площадке [1];
- выявить начальное значение плотности скелета грунта, при которой грунт начинает проявлять пучинистые свойства.
Изучение грунтов, их свойств в целом, до настоящего времени является актуальным направлением в области инженерно-геологических исследований в Алтайском крае.
ОБЗОРНАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Проанализировав существующий опыт с привязкой к поставленной цели и опорой на имеющиеся результаты исследований можно заметить, что большинство исследователей склоняется к тому, что уплотненные лессовые грунты имеют меньшую деформируемость и более высокие показатели прочностных свойств [1].
В пределах уплотненной зоны полностью ликвидируются просадочные свойства грунтов, увеличиваются такие важнейшие характеристики грунта как: плотность сухого грунта (рй), удельное сцепление (с) и угол внутреннего трения (ср). Создается прочное, устойчивое к водонасыщению грунтовое основание и, кроме того, препятствующее замачиванию нижележащих слоев грунта за счет низкой водопроницаемости (таблица 1).
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПУЧИНИСТЫХ СВОЙСТВ УПЛОТНЕННЫХ ГРУНТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПЛОТНОСТИ ИХ СКЕЛЕТА
Таблица 1 - Физико-механические свойства уплотненных лессовых грунтов
Глубина отбора Показатели физических свойств грунта перед уплотнением Механические характеристики
до уплотнения после уплотнения
Прочностные характеристики при Мза Модуль общей деформации при Р = 0, 3 МПа Прочностные характеристики при Wsat Модуль общей деформации при Р = 0, 3 МПа
И, м We % вг Р", 3 г/см с, МПа Ф, град. Е, МПа ЕзаЬ МПа с, МПа Ф, град. Еу, МПа Еу МПа
0,5 10,2 0,31 1,42 0,004 24 6,96 2,17 0,057 33 23,28 22,96
1 9,6 0,30 1,44 0,005 24 7,12 2,13 0,045 32 22,58 21,70
2 7,0 0,22 1,43 0,005 24 8,28 1,81 0,031 31 22,08 18,36
3 8,8 0,27 1,42 0,005 25 7,32 2,05 0,017 28 15,91 12,69
4 11,4 0,36 1,42 0,006 24 6,66 2,25 0,010 26 13,58 10,60
5 13,5 0,44 1,41 0,006 24 6,08 2,32 0,008 24 12,32 5,60
Из данных таблицы видно, что модуль общей деформации уплотненных лессовых грунтов естественной влажности ненамного изменяется при полном водонасыщении грунта. Прочностные характеристики с и ср даны в состоянии полного водонасыщения в условиях консолидированного среза грунта, значения модулей общей деформации - при природной влажности Wе и в водонасыщенном состоянии при
Для того, чтобы выявить зависимость пучинистых свойств уплотненного грунта от плотности его скелета, в лабораторных условиях проводился ряд опытов. Предварительно грунт был отобран в заранее выбранном месте и исследован в лаборатории кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» АлтГТУ им. И.И. Ползунова в соответствии с первично действующими нормативными документами: ГОСТ 12071-2000 «Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов»; ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик», ГОСТ 2300190 «Грунты. Методы лабораторных определений плотности и влажности», ГОСТ 2510095 «Грунты. Классификация», ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости», ГОСТ 20522-96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытании» (рисунок 1).
Степень уплотненности испытываемого грунта изменялась с количеством ударов в ходе эксперимента. Уплотнение выполнялось в лабораторных условиях на приборе стандартного уплотнения. При этом, влажность грунта была оптимальной ^опт = 18%) в каждом испытываемом образце [2].
Из таблицы 2 видно, что плотность скелета грунта уменьшается с количеством уда-
ров при уплотнении и свидетельствует о прямой зависимости.
Рисунок 1 - Отбор образцов грунта ненарушенной структуры.
Таблица 2 - Зависимость плотности скелета грунта от количества ударов при его уплотнении
Количество ударов Плотность скелета грунта, Ра, г/см3
40 1,83
30 1,83
20 1,71
10 1,62
5 1,43
ЧЕРЕПАНОВ Б.М., МОИСЕЕВА О.Л.
hf, мм
1,00
0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
0,87
0, 0,81 81
0,75 0, 71
\ 0 7 \
« s '' V
гв m s гв m s J
га а BQ й га а я m
S га И 0,1 8 S га га %
£ s 5 0,07 £ s с X
0,00
ч-
10.13
,3,0»
,3,0»
и»13
о**
Дата и время проведения испытания, ч
Рисунок 2 - Изменение вертикальной деформации от времени образца грунта с плотностью рй = 1,83 г/см
В продолжении первого эксперимента грунт подвергался двум циклам замораживания и оттаивания при первой экспериментальной плотности рй = 1,83 г/см3 (рисунок 2).
Относительная деформация морозного пучения образца грунта = 0,006, что говорит о его непучинистых свойствах при данной плотности.
Следует обратить внимание, что при плотности скелета грунта в естественном залегании (до уплотнения) равной 1,42 г/см3 грунт относится к категории среднепучини-стых при показателе текучести равном 0,44 [3]. А при медленном промерзании («мягкие» зимы), происходит миграция влаги, что приводит к повышению влажности, показатель текучести увеличивается до 0,50 и более, и грунт переходит в категорию сильно- и чрезмерно пучинистых.
Последующие испытания будут проводиться при экспериментальной плотности рй=1,71 г/см3 и далее по убыванию.
Предполагается, что величина относительной деформации грунта с уменьшением плотности скелета грунта будет увеличиваться. Эти испытания позволят определить начальное значение плотности скелета грунта, при которой грунт начинает проявлять пучи-нистые свойства.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Следует отметить, что работа, описанная в данной статье, представляет собой первый начальный этап оценки степени пучи-нистости уплотненных лессовых грунтов.
В дальнейшем, в процессе исследования, планируется получить значения прочностных характеристик и модулей общей деформации каждого образца грунта при разной плотности скелета грунта, сопоставить все данные лабораторных исследований с результатами натурных испытаний для составления таблицы деформационных и прочностных характеристик уплотненных лессовых грунтов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Комплексные исследования лессового грунта, уплотненного трамбовками повышенного веса / диссерт. на соискание уч. степ. канд. техн. наук / Б.М. Черепанов / Барнаул, 1998 г.
2. ГОСТ 22733-2002. Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности. - М.: Изд-во стандартов, 2002.
3. ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификаци. - М.: Изд-во стандартов, 1995.
Черепанов Б.М. - к.т.н., доцент, Email: bmcher@mail.ru, Моисеева О.Л. - магистрант, E-mail: carolja89@mail.ru, Алтайский государственный технический университет.
